BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Teori Dasar Pompa adalah mesin atau peralatan mekanis yang digunakan untuk menaikkan cairan dari dataran rendah ke dataran tinggi atau untuk mengalirkan cairan dari daerah bertekanan rendah kedaerah yang bertekanan tinggi dan juga sebagai penguat laju aliran pada suatu sistem jaringan perpipaan. Hal ini dicapai dengan membuat suatu tekanan yang rendah pada sisi masuk atau suction dan tekanan yang tinggi pada sisi keluar atau discharge dari pompa. Pada prinsipnya, pompa mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi tahanan tahanan yang terdapat pada saluran yang dilalui. Pompa juga dapat digunakan pada proses - proses yang membutuhkan tekanan hidraulik yang besar. Hal ini bisa dijumpai antara lain pada peralatan - peralatan berat. Dalam operasi, mesin - mesin peralatan berat membutuhkan tekanan discharge yang besar dan tekanan isap yang rendah. Akibat tekanan yang rendah pada sisi isap pompa maka fluida akan naik dari kedalaman tertentu, sedangkan akibat tekanan yang tinggi pada sisi
discharge akan memaksa fluida untuk naik sampai pada ketinggian yang diinginkan. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 2.1. Gambar 2.1 Pompa Sentrifugal 2.2 Pengertian Pompa Sentrifugal Pompa sentrifugal memiliki sebuah impeller (baling baling) yang bertujuan untuk mengalirkan zat cair dari suatu tenpat ketempat lain dengan cara mengubah energi zat cair yang dikandung menjadi lebih besar. Pompa digerakkan oleh motor. Daya dari motor diberikan pada poros pompa untuk memutar impeler yang dipasangkan pada poros tersebut. Karena pompa digerakkan oleh motor listrik (motor penggerak), jadi daya guna kerja pompa adalah perbandingan antara gaya mekanis yang diberikan motor kepada pompa. Untuk mencari daya guna kerja pompa ada beberapa tahap menggunakan rumus:
1. Daya yang diberikan motor pada pompa P = x V x I x cos ø...( 2.1 ) Dimana: P = daya yang diberikan motor pada pompa V = Tegangan I = Arus 2. Daya Guna Motor Penggerak ( DGMP ) DGMP = x 100 %...( 2.2 ) 3. Putaran Motor Penggerak Ns =...( 2.3 ) % Slip = x 100 %...( 2.4 ) Dimana: Ns = Putaran f = Frekuwensi p = Jumlah Kutub 4. Daya yang diterima oleh pompa Pp = x V x I x cos ø x DGMP...( 2.5 ) Diamana: Pp = daya yang diberikan motor pada pompa V = Tegangan I = Arus DGMP = Daya guna motor pompa 5. Daya guna kerja / performance kerja pompa (DGKP) DGKP = x 100 %...( 2.6 )
Akibat dari putaran impeller yang menimbulkan gaya sentrifugal, maka zat cair akan mengalir dari tengah impeler keluar lewat saluran di antara sudu - sudu dan meninggalkan impeler dengan kecepatan yang tinggi. Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi kemudian melalui saluran yang penampangnya semakin membesar yang disebut volute, sehingga akan terjadi perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Jadi zat cair yang keluar dari flens keluar pompa head totalnya bertambah besar. Sedangkan proses pengisapan terjadi karena setelah zat cair dilemparkan oleh impeller, ruang diantara sudu - sudu menjadi vakum, sehingga zat cair akan terisap masuk. Selisih energi persatuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar dan flens masuk disebut sebagai head total pompa. Sehingga dapat dikatakan bahwa pompa sentrifugal berfungsi mengubah energi mekanik motor menjadi energi aliran fluida. Energi inilah yang mengakibatkan pertambahan head kecepatan, head tekanan dan head potensial secara kontinu. Adapun bentuk dari motor dan pompa sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Motor dan Pompa Sentrifugal 2.3 Klasifikasi Pompa sentrifugal Pompa sentrifugal dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain: 1. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Arah aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow (aliran axial), mixed flow (campuran aliran), atau radial flow (aliran radial). 2. Bentuk kontruksi dari impeller: impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi open impeller, atau close impeller. 3. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa sentrifugal memiliki suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satu suction inlet disebut single suction pump sedangkan untuk
pompa yang memiliki dua suction inlet disebut double suction pump. 4. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single stage pump sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi stage pump. 2.4 Bagian Bagian Utama Pompa Sentrifugsl Dalam pengoperasian pompa sentrifugal ada beberapa bagian yang perlu diperhatikan agar pompa dapat bekerja dengan baik dan dapat bertahan lama. Adapun bagian bagian utama pompa sentrifugal tersebut antara lain: 2.4.1 Rumah Pompa Sentrifugal Rumah Pompa Sentrifugal dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Rumah Pompa Sentrifugal
Keterangan Gambar 2.3: A. Stuffing Box ( Mechanical Seal) Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing. Adapun bentuk dari stuffing box dapat dilihat pada Gambar 2.4. Gambar 2.4 Stuffing Box ( Mechanical Seal) B. Packing Packing digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon. Adapun bentuk dari packing dapat dilihat pada Gambar 2.5. Gambar 2.5 Packing
C. Shaft (poros) Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian - bagian berputar lainnya. Adapun bentuk dari shaft (poros) dapat dilihat pada Gambar 2.6. Gambar 2.6 Shaft (poros) D. Shaft-sleeve Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever. Adapun bentuk dari shaft-sleeve dapat dilihat pada Gambar 2.7. Gambar 2.7 Shaft-sleeve E. Vane Vane impeller berfungsi sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller. Adapun bentuk dari vane dapat dilihat pada Gambar 2.8.
Gambar 2.8 Vane F. Casing Casing merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage). Adapun bentuk dari casing dapat dilihat pada Gambar 2.9. Gambar 2.9 Casing
G. Eye of Impeller Bagian sisi masuk pada arah isap impeller. Adapun bentuk dari eye of impeller dapat dilihat pada Gambar 2.10. Gambar 2.10 Eye of Impeller H. Impeller Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontiniu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya. Adapun bentuk dari impeller dapat dilihat pada Gambar 2.11. Gambar 2.11 Impeller
I. Wearing Ring Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing dengan impeller. Adapun bentuk dari wearing ring dapt dilihat pada Gambar 2.12. Gambar 2.12 Wearing Ring J. Bearing Bearing (bantalan) berfungsi untuk menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil. Adapun bentuk dari bearing dapat dilihat pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Bearing K. Diccharge Nozzle Discharge nozzle adalah saluran cairan keluar dari pompa dan berfungsi juga untuk meningkatkan energi tekanan keluar pompa. 2.4.2 Impeller Impeller adalah bagian penting pompa sentrifugal dimana terjadi perubahan energi mekanis berupa putaran menjadi kecepatan, aliran impeller akan diputar oleh motor penggerak pompa, menyebabkan aliran akan berputar dan gerakan aliran akan mengikuti impeller dan keluar dengan kecepatan yang besar. Pada impeller juga terjadi head atau tekanan dan kecepatan aliran akan bertambah besar.
Kecepatan aliran yang besar berubah menjadi tekanan aliran atau head pompa. Perubahan kecepatan head ini terjadi pada rumah kontak dan impeller. Hal ini akan dipergunakan untuk mengatasi head loses dan beban lainnya pada instalasi pompa jika head pada instalasi pipa ternyata masih lebih besar dari head maksimum yang dihasilkan pompa maka aliran tidak akan sampai tujuan akhir instalasi pipa. aliran akan berhenti pada daerah tertentu walaupun pompa terus bekerja. Head maksimum dimana kapasitas pompa akan menjadi panas jikan dibiarkan terus menerus dapat menyababkan kerusakan pada pompa. Impeller di bagi beberapa jenis antara lain: 1. Closed Impeller 2. Semi open impeller 3. Open impeller. Adapun jenis jenis dari impeller dapat dilihat pada Gambar 2.14. Gambar 2.14 Jenis Jenis Impeller
2.4.3 Seal Pompa Seal pompa berfungsi mengatasi terjadinya kebocoran pada pompa. Kebocoran dapat berupa keluarnya minyak pelumas dari pompa, pembocoran yang berlebihan dapat mengganggu terjadinya kerja pompa, bahkan dapat merusak bagian bagian pompa lainnya. Adapun bentuk bentuk dari seal pompa dapat dilihat pada Gambar 2.15. Gambar 2.15 Bentuk Bentuk Seal pompa 2.5. Rotameter Rotameter merupakan suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur debit aliran air, dimana rotameter yang digunakan adalah rotameter dengan kapasitas debit air sepuluh ton per jam.bagian-bagian utama dari rotameter adalah pelampung, katup pembuang udara, kaca pelindung. untuk lebih jelasnya dapat kita lihat pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Alat Ukur Rotameter 2.6 Kopling Kopling adalah suatu suatu elemen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari penggerak keporos yang digerakkan secara pasti tanpa serjadi slip, dimana sumbu poros terletak pada suatu garis lurus. 2.7 Pembagian Kopling Kopling terbagi atas dua tipe yaitu: 2.6.1 Kopling Tetap 2.6.2 Kopling tidak Tetap 2.7.1 Kopling Tetap Kopling tetap adalah suatu komponen mesin yang berfungsi sebagai penerus putaran dan daya dari poros penggerak keporos yang digerakkan secara pasti (tanpa terjadi slip) dimana sumbu kedua poros tersebut terletak pada suatu garis lurus atau dapat sedikit berbeda sumbunya. Berbeda dengan kopling tidak tetap yang dapat dilepaskan dan dihubungkan bila diperlukan, maka kopling tetap selalu dalam keadaan terhubung.
Macam macam kopling tetap adalah sebagai berikut: a. Kopling Kaku b. Kopling Karet Ban c. Kopling Fluida a. Kopling Kaku Kopling kaku dipergunakan bila kedua poros harus dihubungkan dengan sumbu, sehingga kopling ini dipakai pada poros mesin dan transmisi umum di pabrik pabrik. Kopling ini tidak mengizinkan sedikitpun ketidaklurusan sumbu kedua poros serta tidak dapat mengurangi tumbukan dan getaran transmisi. Mula mula perlu diketahui besarnya daya dan putaran yang akan diteruskan poros penggerak jika diameter penggerak sudah tertentu seperti pada poros motor listrik maka diambil diameter yang sama untuk poros yang sama. Adapun bentuk dari kopling kaku dapat dilihat pada Gambar 2.17. Gambar 2.17 Kopling Kaku
b. Kopling Karet Ban Mesin mesin yang dihubungkan dengan penggeraknya melalui kopling Flens kaku, memerlukan penyetelan yang sangan teliti agar kedua sumbu poros yang saling dihubungkan dapat menjadi satu garis lurus. Selain itu getaran dan tumbukan yang terjadi dalam penerusan daya antara mesin penggerak dan yang digerakkan tidak dapat diredam, sehingga dapat memperpendek umur mesin serta menimbulkan suara berisik. Untuk menghindari kesulitan kesulitan diatas dapat dipergunakan kopling karet ban. Kopling ini dapat bekerja dengan baik meskipun kedua sumbu poros yang dihubungkan tidak benar benar lurus. Selain itu kopling ini juga dapat meredam tumbukan dan getaran yang terjadi pada transmisi, meskipun terjadi kesalahan pada pemasangan poros, dalam batas tertentu kopling ini dapat meneruskan dengan daya yang halus. Pemasanagn dan pelepasan juga dapat dengan mudah karena hubungan yang dilakukan dengan jepitan baut pada ban karetnya. Keuntungan dari kopling karet ban ini adalah dimana sebuah ban yang sangat elastis, terdiri dari karet dengan lapisan dalam yang ditenun, ditekan oleh dua buah cincin penekan pada flens kedua peruhan kopling.adapun bentuk dari kopling karet ban dapat dilihat pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Kopling Karet Ban c. Kopling fluida Kopling fluida sangat cocok untuk mentransmisikan putaran tinggi dan daya besar. Keuntungan dari kopling ini adalah gerak awal lambat, kopling ini elastis, getaran dari sisi penggerak dan tumbukan dari sisi beban tidak saling diteruskan, pengaman yang mudah terhadap beban lebih. Oleh karena itu umur mesin dan peralatan yang dihubungkan menjadi lebih panjang dibandingkan dengan pemakaian kopling tetap biasa. Adapun bentuk dari kopling fluida dapat dilihat pada Gambar 2.19. Gambar 2.19 Kopling Fluida
2.7.2 Kopling Tidak Tetap Kopling tidak tetap adalah suatu komponen mesin yang menghubungkan poros yang digerakkan dan poros penggerak, dengan putaran yang sama dalam meneruskan daya serta dapat melepaskan hubungan kedua poros tersebut baik dalam keadaan diam maupun berputar. Macam macam kopling tidak tetap adalah sebagai berikut: a. Kopling Cakar b. Kopling Plat c. Kopling Kerucut d. Kopling Friwil a. Kopling Cakar Kopling cakar adalah merupakan konstruksi dari kopling tidak tetap yang paling sederhana. Kopling cakar persegi dapat meneruskan momen dalam dua arah putaran, tetapi tidak dihubungkan dalam keadaan berputar, tetapi hanya baik untuk satu arah putaran saja, namun karena timbulnya tumbukan yang besar jika dihubungkan dalam keadaan berputar, maka cara yang menghubungkannya hanya boleh dilakukan jika poros penggerak mempunyai putaran kurang lebih dari 50 rpm. Adapun bentuk dari kopling cakar dapat dilihat pada Gambar 2.20.
Gambar 2.20 Kopling Cakar b. Kopling Plat Kopling plat adalah suatu kopling yang menggunakan satu plat atau lebih yang di pasang antara kedua poros serta membuat kontak dengan poros tersebut sehingga terjadi penerusan daya melalui gesekan antara sesamanya. Kontruksi kopling ini cukup sederhana sehingga dapat dihubungkan dan dilepaskan dalam keadaan berputar. Bentuk kopling plat yang paling sederhana adalah seperti Gambar 2.21. Roda Gila Gelang Penekan Poros Penggerak Pedal Poros yang Digerakkan Pelat Kopling Gambar 2.21 kopling Plat
c. Kopling Kerucut Kopling kerucut adalah suatu kopling gesek dengan kontruksi sederhana mempunyai keuntungan dimana dengan gaya aksial yang kecil dapat ditransmisikan momen yang besar. Kopling kerucut seperti Gambar 2.22.kopling kerucut terdiri dari sebuah kerucut B yang dapat digeser melalui pasak benam pada poros yang digerakkan dan sebuah kerucut berongga A yang dipasang erat dengan pasak pada poros penggerak dengan sudut puncak yang sama. Kopling ini dahulu banyak dipakai tetapi sekarang tidak lagi dalam keadaan dimana bentuk plat tidak dikehendaki, dan ada kemungkinan terkena minyak, sehingga kopling kerucut ini susah untuk beroperasi secara normal. Gambar 2.22 Kopling Kerucut d. Kopling Friwil Kopling friwil adalah kopling yang dapat dilepas dengan sendirinya bila poros penggerak mulai berputar lebih lambat atau dalam arah berlawanan dari poros yang digerakkan. Seperti Gambar 2.23. bola bola
atau rol rol dipasang dalam ruangan yang bentuknya sedemikian rupa hingga jika poros penggerak berputar searah jarum jam, maka gesekan yang timbul akan menyebabkan rol atau bola terjepit diantara poros penggerak dan cincin luar, sehingga cincin luar bersama poros yang digerakkan akan berputar meneruskan daya. Gambar 2.23 Kopling Friwil 2.8 Bagian Bagian Utama Kopling 2.8.1 Poros Dalam pengertian umum poros dimaksudkan sebagai batang logam berpenampang lingkaran yang berfungsi untuk memindahkan perputaran atau mendukung sesuatu beban atau tanpa meneruskan daya. Poros ditahan oleh dua atau lebih bantalan poros atau pemegang poros, bagian bagian berputar didukung oleh poros. Beban yang didukung oleh poros tersebut termasuk yang terpasang padanya misalnya berat gerbong atau berat kendaraan menimbulkan gaya tekan pada bantalan poros.
Jika poros meneruskan daya maka poros mendapat momen puntir akibat daya yang diteruskan sehingga pada penampang yang normal sepanjang poros terjadi tegangan puntir. Poros dapat dibedakan menjadi: a. Poros pemutar b. Poros pendukung c. Poros gabungan antara pemutar dan pendukung Poros pemutar berfungsi sebagai poros yang menerima daya yang diberikan oleh motor listrik, kemudian daya tersebut diteruskan keroda gigi dan selanjutnya diteruskan kebatang ulir. Poros merupakan salah satu bagian yang terpenting dari setiap mesin. Hampir semua mesin meneruskan tenaga bersama sama dengan putaran. Dalam hal ini poros dapat dibedakan: a. Poros dukung Poros dukung yang dikhususkan untuk memdukung elemen yang berputar. Poros dukung dapat dibagi dalam poros tetap atau poros berhenti dan poros berputar. Elemen mesin yang berputar seperti : Cakra tali sabuk mesin, piringan kabel, tromol kabel, roda jalan dan roda gigi dipasang berputar terhadap poros dukung yang berputar. Poros dukung pada umumnya dibuat dari baja bukan paduan, sangat sedikit yang dibuat dari baja paduan, misalnya: Baja nikel crhom dan juga
besi cor noduler. Biasanya poros dukung ini mempunyai penampang berbentuk lingkaran atau cincin. b. Poros transmisi Poros yang terutama untuk memindahkan momen puntir, dalam hal ini mendukung elemen mesin hanya satu cara. Poros ini berfungsi untuk memindahkan tenaga mekanik dari salah satu mesin ke masin lain. Dalam hal ini elemen mesin menjadi terpuntir (berputar) dan dibengkokkan. Disamping itu bobot dari poros, bobot elemen mesin, seperti piring sabuk dan piring tali, bus rangkai, roda gigi dan tarikan sabuk serta tarikan talinya, gaya gigi dan sebagainya akan melengkungkan poros. Poros yang semata mata dibebani puntir penampang yang tegak lurus pada sumbu panjang poros, karena itu jarang terdapat penampang ini, disamping puntir hampir selalu dibebani gaya lengkung dan gaya putus geser. Untuk merencanakan sebuah poros, kita harus mengetahuin hal hal yang dapat mempengaruhi poros tersebut. Hal hal yang perlu diperhatikan: a. Kekuatan poros Suatu transmisi dapat mengalami beban puntir atau lentur atau gabungan antara puntir dan lentur seperti yang telah diuraikan diatas. Juga ada yang mendapat beban tarik atau tekan seperti poros baling baling kapal dan turbin. Kelelahan tumbukan atau pengaruh konsentrasi tegangan bila
diameter poros diperkecil (poros bertangga) atau bila poros mempunyai alur padat, maka harus diperhatikan. Sebuah poros harus direncanakan sehingga cukup kuat untuk menahan beban yang diberikan. b. Kekakuan poros Meskipun sebuah poros mempunyai kekuatan poros yang cukup tetapi lenturan atau defleksi puntirannya terlalu besar maka akan mengakibatkan ketidaktelitian (pada mesin perkakas) atau dapat menimbulka getaran dan suara. Karena itu, disamping kekuatan poros, kekuatannya juga harus diperhatikan dan disesuaikan dangan macam beban yang akan diberikan pada poros tersebut. c. Putaran kritis Bila putaran suatu mesin dinaikkan pada suatu harga putaran tertentu, maka dapat terjadi getaran yang luar biasa besarnya. Putaran ini disebut putaran kritis. Hal ini dapat terjadi pada turbin, motor torak, motor listrik, dan lain lain. Kejadian ini dapat mangakibatkan kerusakan pada poros dan bagian bagiannya. Jika kemungkinan poros harus direncanakan sedemikian rupa sehingga putaran kerjanya lebih rendah dari kritisnya. 2.8.2 Pasak Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian bagian mesin seperti : Roda gigi, sprocket, pully, kopling dan lain lain. Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam, menurut letaknya pada poros maka pasak dapat dibedakan antara pasak telena, pasak rata, pasak benam, dan pasak singgung pada umumnya
berpenampang segi empat. Dalam arah memanjang berbentuk prismatis atau berbentuk tirus. Pasak benam prismatis adalah yang khusus dipakai sebagai pasak luncur, juga ada pasak tembereng dan pasak jarum. Pasak luncur memungkinkan penggeseran aksial roda gigi pada porosnya, yang paling umum dipakai adalah pasak benam yang dipakai untuk meneruskan momen yang besar, untuk momen tumbukan dapat dipakai pasak tumbukan. 2.8.3 Baut Pengikat Kopling Baut pengikat kopling berfungsi untuk mengikat suatu elemen mesin yang terdapat pada pada suatu mesin. Ini dapat dilihat pada Gambar 2.24. Gambar 2.24 Baut Pengikat 2.8.4 Karet Ban Baut Pengikat Kopling Karet ban pengikat kopling berfungsi untuk mencegah terjadinya slip dari poros ke poros yang digerakkan sehingga dapat mencegah rugi rugi daya putaran pada suatu mesin. 2.8.5 Daun Kopling Daun kopling berfungsi sebagai penghubung putara dan pemutus putaran pada suatu mesin.